Sr-La-Al基微波介质陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子信息功能材料与器件技术领域，具体设及的是一种具有高品质因 数、低频率溫度系数的介电可调Sr-La-Al基微波介质陶瓷，可用于制作现代通信技术中的 介质谐振器、介质滤波器、介质基板W及介质天线等微波通信元器件。
【背景技术】
[0002] 微波介质陶瓷材料作为谐振器、滤波器、振荡器、衰减器、介质天线、微波集成电路 基片等元器件的关键基础材料，在移动通讯、卫星通信、全球卫星定位、蓝牙、无线接入等现 代通信技术中得到了快速发展和广泛应用。随着微波介质器件的发展，信息化社会对微 波介质材料的要求越来越高，相应的微波介质材料的发展要求为：介电常数系列化（3~ 150)，较低的频率溫度系数，超低损耗或超高品质因素Q值；同时在应用时往往要求介电性 能可调，主要包括介电常数、Q值和频率溫度系数=个指标可W在相应的范围内根据应用调 整。
[0003] 介电常数在20左右的超低损耗介质材料有着重要应用，目前主要包括W下几类 材料。1. Ba(Mgi/sTaw)〇3或Ba姑1/3了曰2/3)〇3等复合巧铁矿结构微波陶瓷介电常数在25~ 29,具有极低的损耗，已有多人的研究表明含化陶瓷的微波介电性能优异，其QXf可W达 到180000甚至W上。但是其存在烧结溫度高、品质因素随制备条件变化剧烈、合成困难等 具体问题，同时氧化粗的价格一直维持在五千元左右每公斤的高价，诸多问题都限制了含 化微波介质陶瓷的应用，使其难W实用化。2. LaAl〇3系微波陶瓷材料介电常数在23左右， QXf可W达到60000 W上，但其频率溫度系数为-4化pm/°C左右，当采用化Ti〇3或者Ti〇2 调节其溫度系数时，容易导致QXf下降。3.MgTi〇3-CaTi〇3复合陶瓷材料，通常铁酸儀可W 通过Mg〇-Ti〇2固相反应合成，但极易产生微波介电性能很差的第二相M巧i 2〇y甚至在采用 机械化学法制备时都会产生少量MgTizOe相，因而人们不得不采用原材料价格高昂费时费 力的so^gel法、热分解法或化学共沉淀法制备纯MgTi化，同时MgTi化-CaTi化体系材料介 电损耗一般也较大难W满足要求。
[0004] SrLaAl〇4是一类具有层状巧铁矿结构的比较新颖的微波介质材料，自从其出现 后就受到人们的广泛关注。2008年《材料中的化学》（chemistry of materials)中的文 章《SrRAl〇4巧=Sm，Nd，La)陶瓷微波介电性能的结构影响：晶体结构精修及红外反射率 石开究》（Structural Dependence of Microwave Dielectric Properties of SrRAl〇4(R =Sm, Nd, La)Ceramics:Crystal Structure Refinement and Infrared Reflectivity Study)中预测其QXf可W达到150000 ;然而一般情况下，研究者们制备的材料性能指标远 低于其预测值，同时其频率溫度系数在-33. 9ppm/°C左右，难W得到实际应用。例如2013年 《材料科学学报：电子材料》（Journal of Materials Science:Mate;rials in Electronics) 中的文章《利用共沉淀法制备SrLaAl〇4精细陶瓷粉体》（Synthesis of SrLaA104 fine ceramic powders by co-precipitation process)报道了1450°C /3h下烧成的SrLaAl〇4 陶瓷介电常数为19. 5,谐振频率溫度系数为-32. 8ppm/°C，但其QXf值仅为56500左右， 介电常数和频率溫度系数都无法满足微波器件要求。《美国陶瓷协会会刊》（Journalof theAmericanCeramicSociety)2011 年的文章《S;rLaAl〇4-Sr2Ti〇4固溶体系的结构和微 波介电性會K》（StructureandMicrowaveDielectricPropertiesofSolidSolution inSrLaAl〇4-Sr2Ti〇4System)中报道了该体系的最优性能为介电常数18. 5,QXf值 95,OOOGHz，谐振频率溫度系数-8. 9ppm/°C，介电常数较低，频率溫度系数为负。2015年《材 料研究公告》（MaterialsResearchBulletin)中的文章《B2O3添加剂对（Sr。.gCa。.4)LaAl〇4 陶瓷烧结行为和微波介电性能的影响》(EffectsofB2〇3additiononsinteringbehavior andmicrowavedielectricpropertiesof(Sr〇'gCaO. 4)LaAl〇4ceramics)报道指出，良P便 采用B203来渗杂原本具有高性能特征的化取代SrLaAl〇4陶瓷，其较优的介电性能也仅为 介电常数18. 9,QXf值63,OOOGHz，谐振频率溫度系数-24. 5ppm/°C，无法满足实用要求。 阳00引因此，WSr-La-Al基陶瓷为基础，研究一种高品质因数（高QXf值）、低频率溫度 系数，同时可在一定范围内调节介电性能的新型微波介质陶瓷具有较大的科研价值，同时 能满足微波通信行业的应用需求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服现有制备Sr-La-Al基微波介质陶瓷材料的技术难关，提供 一种具有微波介电性能可调、生产工艺简单、成本低廉的Sr-La-Al基微波介质陶瓷材料及 其制备方法。 阳007] 本发明技术方案如下：
[0008] 一种Sr-La-Al基微波介质陶瓷材料，原料按重量百分比计包括：氧化锁29~ 36%，氧化铜27~38%，氧化侣8~12%，氧化铁8~18%，氧化巧10~13%，氧化锋 0. 2~2%，二氧化娃0. 05~1%，二氧化儘0. 05~0. 4%，氧化锭0~0. 8%。
[0009] 作为优选方式，原料按重量百分比计包括：氧化锁31. 02%，氧化铜35. 03%，氧化 侣10. 98%，氧化铁11. 36%，氧化巧11. 21%，氧化锋0.2%，二氧化娃0.05%，二氧化车孟 0. 15%，氧化锭0%。
[0010] 本发明还提供一种Sr-La-Al基微波介质陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011] (1)将按照所述原料配方称取得到混合料后进行研磨；
[0012] (2)将步骤（1)得到的混合均匀的混合物于烘箱中烘干除去去离子水后过筛得到 干燥粉体；
[001引 做将步骤似得到的干燥粉体在氧化侣相蜗中，般烧得到般烧粉体；
[0014] (4)将步骤（3)得到的般烧粉体与聚乙締醇水溶液混合后造粒，将粒料放入成型 模具中干压成型得到生巧，生巧烧结，得到Sr-La-Al基微波介质陶瓷材料。
[0015] 作为优选方式，包括如下步骤：
[0016] (1)将按照所述原料配方称取得到混合料后，W二氧化错球为球磨介质，W去离子 水为溶剂，按照混合料：磨球：水的重量比为1: (3~5) : (1~1. 5)进行研磨4~10小时得 到混合均匀的混合物；
[0017] (2)将步骤（1)得到的混合均匀的混合物于烘箱中100°C烘干除去去离子水后过 40目筛得到干燥粉体；
[001引 做将步骤似得到的干燥粉体在氧化侣相蜗中，1200~1400°C溫度条件下般烧 2~5小时得到般烧粉体；
[0019] (4)将步骤（3)得到的般烧粉体与聚乙締醇水溶液混合后造粒，造粒尺寸控制在 80~250目，将粒料放入成型模具中于25MI^a压力下干压成型得到生巧，生巧于1400~ 1475°C下烧结3~6小时，得到Sr-La-Al基微波介质陶瓷材料。
[0020] 本发明中采用的原材料的主要作用分别如下：氧化锁SrO、氧化铜La203和氧化侣 A1203主要用来形成SrLaAl〇4层状巧铁矿主晶相；氧化侣A12〇3、氧化铁Ti〇2和氧化巧化0 用来调节介电常数大小和谐振频率溫度系数范围；氧化儘用来改善损耗特性；氧化锋化0、 二氧化娃Si〇2和二氧化儘MnO2协同改善了陶瓷的损耗